钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

高频非晶合金轴向磁通永磁电机温度场计算

高频非晶合金轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗分布不均,所以在电机温度场计算时不能简单地给永磁体赋一个平均生热率,需要根据永磁体不同位置的涡流损耗密度赋相应的生热率。本文将永磁体分成多块,利用有限元分别计算每块永磁体上的涡流损耗大小,给出了永磁体的不同位置涡流损耗分布规律。根据涡流损耗分布规律,改进了的永磁体分块原则,提高了电机温升计算效率。最后,利用有限体积法对考虑涡流损耗分布和未考虑涡流损耗分布两种情况下电机的温升分别进行了计算,结果显示,考虑涡流损耗分布计算出的电机温升结果更接近实测值。     

A new separate‐identification method of two stator equivalent core‐loss resistances corresponding to hysteresis and eddy‐current losses for parallel‐type mathematical models of AC motors

This paper proposes a new unified method for identifying equivalent stator core‐loss resistance of AC motors, which can be applied to both induction and synchronous motors. In order to realize AC motors that exhibit high performance such as precise torque generation and/or efficient energy transmission, stator core loss cannot be neglected in designing vector control systems. It is common to model stator core loss in magnetic circuits as loss caused by equivalent resistance in electrical circuit. One of the best mathematical models for controlling AC motors with core loss is a kind of parallel‐type model that succeeds in modeling both eddy‐current and hysteresis losses. The newly proposed method succeeds in identifying separately and simultaneously two kinds of equivalent core‐loss resistances on the model corresponding to eddy‐current and hysteresis losses. The practical usefulness of the method is evaluated and confirmed through experiments using two induction motors of 5.5 and 2.0 kW having relatively high core losses and a permanent magnet synchronous motor of 750 W having relatively low core losses. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 143(4): 50–63, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10152     

基于混合有限元解析法的永磁同步电机永磁体电涡流损耗估计

永磁同步电机永磁体受限于热约束,无法在温度较高的环境下运行,故需减少永磁体上的电涡流损耗,从而降低永磁体上的温度。针对使用有限元法对永磁体电涡流损耗估算时间较长,以及使用解析法估算时难以达到与有限元法相同的精度,采用混合有限元解析法估算永磁体上的电涡流损耗。结合电涡流的反作用,在模拟电机旋转时,无需重复划分三角形区域;使用MATLAB软件仿真模拟,将混合有限元解析法与Galerkin有限元法对比,减少三角形区域划分的个数。由此验证了永磁体上电涡流损耗符合端部效应以及集肤效应的特征,在保证精度的同时,减少了仿真的时间。     

定子无磁轭模块化轴向永磁电机磁极表面开槽分析

在永磁电机设计中,永磁体(PM)作为励磁磁源,直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中高次空间谐波的存在,永磁体内产生的涡流损耗不容忽视,极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。本文提出一种减小定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗的方法,以一台10极、12槽、20k W的轴向永磁电机为例,通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究,利用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽结构的永磁体涡流损耗,推导出永磁体涡流损耗等解析式。并对比带额定负载时气隙磁通密度,合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。     

高性能烧结钕铁硼磁体的研究与开发(一)

介绍了烧结钕铁硼磁体的研究与生产现状、钕铁硼永磁合金的有关理论、烧结钕铁硼磁体的先进生产工艺,重点分析了片铸(SC)、气流磨、橡皮模等静压等工艺的参数对烧结钕铁硼磁体微结构和磁性能的影响.采用合理成分和先进生产工艺,工业化批量生产的高磁能积磁体的磁性能达到:Gch=1148kA/m(14.43kOe),(BH)max=408kJ/m3(51.3MGOe),高矫顽力磁体的室温磁性能达到:Hci=2035 kA/m(25.57kOe),(BH)max=320kJ/m3(39.9MGOe).     

稀土永磁材料绝缘特性研究

稀土永磁材料具有金属基的导电性,因高频交变场环境下磁体内出现涡流效应而降低磁性能,难以稳定正常工作,尤其是无法应用在高转速电机领域.本文对磁体内涡流的分布特征进行了分析,揭示了稀土永磁合金微晶结构分布对磁体绝缘特性的影响.并从宏观角度通过对磁粉的绝缘包覆以及复合粉粒夹杂截流的方案设计,找到制备具有优良电绝缘特性、高性能复合稀土永磁体的有效途径.     

盘式永磁同步电机永磁体内涡流的有限元分析

钕铁硼是采用最多的永磁体材料,虽然性能令人满意,但电导率高,耐热性差;并且由于转子散热能力差,涡流会使永磁体发热升温,从而导致部分不可逆的退磁,因此很有必要对永磁体内的涡流进行分析。针对盘式永磁同步电机自身的特点,通过二维电磁场有限元法分别求解了空载和负载时电机内的磁场和永磁体内的涡流,其中包括有铁心电机由于齿槽的存在而引起的涡流和不同电机运行速度下的涡流。为了考虑电机的运动效应和使计算结果更加精确,采用了瞬态分析,同时在划分单元时考虑了磁场的透入深度。最后根据瞬态计算出的数据绘出了磁矢位和涡流波形。波形分析得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。     

氢爆碎(HD)工艺对Nd-Fe-B 磁体的制备、微结构和磁性能的影响

选用40HP和40SHP牌号合金铸锭分别采用氢爆碎和传统制粉工艺制备了烧结磁体,研究了氢爆碎工艺及烧结温度对磁体的微观组织和磁性能的影响.结果表明,HD工艺能明显提高NdFeB磁体的磁性能.     

Performance Assessment of High-speed Flux-switching Permanent Magnet Machine Using Ferrite and Rare Earth Permanent Magnet Materials

This article presents the investigation and comparison of the capabilities and characteristics of high-speed flux-switching permanent magnet machines using ferrite and rare earth permanent magnet materials. Special design considerations for ferrite flux-switching permanent magnet machines under high-speed operation are proposed. Two ferrite and one NdFeB flux-switching permanent magnet machines, rated at 10 kW and 15 krpm, were designed for performance assessment. Various machine performances, including torque characteristics and loss distribution, are compared. In addition, the risk of partial demagnetization and the performance degradation due to partial demagnetization are also investigated. This research reveals several promising characteristics of the ferrite flux-switching permanent magnet machine, such as lower total loss, negligible magnet eddy current loss, and better cooling potential. The results also show the possibility of designing a high torque density ferrite flux-switching permanent magnet machine, which is comparable to the NdFeB flux-switching permanent magnet machine, taking advantage of the flux concentrating effect.     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

中国的粘结NdFeB磁体产业

本文分析了中国粘结NdFeB磁体产业的现状，中国粘结NdFeB磁体产业与 烧结NdFeB磁体产业相比显著落后，然而可以相信中国仍将成为粘结NdFeB磁体的主导生产国。     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。     

多极环形永磁体的应用与进展

介绍了多极环形永磁体的特点、制造过程中的磁场取向方法、应用及发展概况.介绍的重点是烧结永磁铁氧体,对注塑永磁铁氧体、粘结钕铁硼和烧结钕铁硼磁体只是相关地作了附带介绍.     

计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法

针对提高永磁电机温升计算准确性的问题,提出一种计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法。依据温度对电机内各材料属性有所影响,且永磁体涡流损耗有其特有的分布特性的事实,提出并采用计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法,以一台10 k W变频驱动永磁同步电动机为例进行实例计算,与普通未计及永磁体涡流损耗分布特性、没有使用实时热计算方法的温升计算方法对比,经在线温升测量,验证了计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法能有效提高温升计算的准确性,可使计算结果与实验结果之间的误差缩小到0.5%之内。     

环保型水基切削液的研究现状及其在烧结钕铁硼磁体后加工中的应用

我国钕铁硼磁体后加工企业在钕铁硼企业中占六成以上.磁体后加工的技术创新和新技术的应用已成为钕铁硼行业新的技术突破口和效益增长点.在烧结钕铁硼磁体后加工中应用环保型水基切削液已成为钕铁硼磁体行业"ISO-14000认证"、美国、欧盟等发达国家的环保指令等要求中的基本要素.在烧结钕铁硼磁体后加工领域开发和推广环保型水基切削液具有广阔的前景,同时也是巨大的挑战.综述了环保型水基切削液的研究进展,并对其在烧结钕铁硼磁体后加工领域的应用中所面临的机遇与挑战作一评述.     

中国烧结钕铁硼磁体产业的历史、现状及未来

回顾了中国烧结钕铁硼磁体产业的发展历史、发展现状,预测了未来几年的发展趋势.讨论了中国烧结钕铁硼的生产能力、专利、工艺技术进步、设备进步、产品档次等问题.     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。